Методическое пособие 571

Рис. 7.2. Общий вид самоходного сварочного трактора ТС-17 (АДФ-1002) для сварки под флюсом

Сварочный трактор снабжен двумя бункерами для флюса: один для сварки вертикальным электродом, а второй - при сварке наклонным электродом. Толщина насыпного слоя флюса устанавливается вертикальным перемещением патрубка бункера.

Основными параметрами режима процесса автоматической сварки под флюсом, определяющими тепловыделение и, следовательно, геометрические характеристики сварного шва (глубину проплавления, ширину, высота шва, ка-

тет угловых швов) является: сварочный ток Iсв (А) или пропорциональный току параметр – скорость подачи проволоки Vп (м/ч), напряжение в дуге Uд (В), ско-

рость сварки Vсв (м/ч), диаметр электродной проволоки Dэ (мм). Производительность расплавления электродного металла (производи-

тельность наплавки) при автоматической сварке под флюсом может быть оценена по следующей формуле

где Пр – производительность наплавки, кг/ч; р - коэффициент расплавления, который при автоматической сварки под флюсом в зависимости от режима

сварки можно определить по номограмме, приведенной на рис. 7.3.; Iсв - величина сварочного тока, А.

Основные преимущества автоматической сварки под флюсом по сравнению с ручной дуговой сваркой заключаются в повышении производительности процесса сварки, повышении качества сварных соединений и уменьшении себестоимости 1 м сварочного шва.

Малый вылет электрода (расстояние от конца электродной проволоки до токопроводящего мундштука), отсутствие покрытия, большая скорость подачи электродной проволоки позволяют значительно увеличить силу сварочного тока – до 50-150 А/мм2, т.е. примерно в 6-8 раз по сравнению с ручной сваркой

71

электродами тех же диаметров. Коэффициент наплавки составляет 14-18 г/А ч, или в 1,5-2 раза выше, чем при сварке электродами вручную. В результате этого производительность автоматической сварки под флюсом получается в 6-10 раз выше ручной.

Рис. 7.3. Зависимость коэффициента расплавления от режима сварки

Плотная газошлаковая защита сварочной ванны предотвращает разбрызгивание и угар расплавленного металла. Увеличение тока сопровождается увеличением давления в дуге, что увеличивает глубину проплавления. Это позволяет сваривать металл большой толщины (до 20 мм) за один проход без разделки кромок. Снижение себестоимости выполнения 1 пог. м шва обусловлено экономией электроэнергии вследствие более полного использования тепла дуги на плавление металла и снижение потери на угар, разбрызгивание и огарки.

Повышение качества сварных швов достигается путем:

А. Повышения механических свойств наплавленного металла, благодаря надежной защите сварочной ванны флюсом, интенсивной металлургической обработке жидкого металла расплавленным шлаком (раскисление, легирование и рафинирование), сравнительно замедленному охлаждению металла шва под флюсом и твердой шлаковой коркой;

Б. Улучшения формы и поверхности шва и обеспечение постоянства его размеров по всей длине вследствие механизированной подачи и перемещения проволоки

Автоматическая сварка под флюсом имеет некоторые недостатки и ограничения по применению:

использование порошкового флюса подразумевает выполнение швов на горизонтальной поверхности либо принятие соответствующих мер для удержания флюса;

так как при работе не видно места сварки, то требуется повышенная точность подготовки и сборки деталей перед сваркой, что в значительной степени затрудняет процесс при сложной конфигурации шва;

снижение эффективности процесса при сварке швов малой длины.

72

Выбор параметров режима сварки под флюсом определяется геометрическими размерами соединяемых деталей, типом шва, характером и размером элементов разделки кромок и осуществляется экспериментально, расчетом или с помощью справочных данных.

Некоторые режимы сварки для наиболее распространенных конструкционных сталей приведены в табл. 7.1.

Выбор сварочных материалов (марки электродной проволоки и флюса) зависит от химического состава свариваемых материалов. Флюсы для автоматической дуговой сварки представляют собой порошкообразный материал в ви-

де гранул диаметром 1-3 мм. По способу изготовления флюсы могут быть плавленые и неплавленые (керамические).

Плавленые флюсы изготовляют путем сплавления марганцевой руды, кремнезема, полевого шпата и др. компонентов и последующего дробления (грануляции). Керамические флюсы приготавливают из порошкообразных компонентов путем их замеса на жидком стекле, гранулирования и последующего прокаливания или путем их спекания.

Химический состав металла шва зависит от химической активности флюса и от состава электродной проволоки. Поэтому для сварки конкретной стали флюс выбирают одновременно с проволокой. При этом стремятся, чтобы при сварке углеродистых и низколегированных сталей металл шва содержал 0,2-0,4 % кремния и марганца. Например, для сварки углеродистых и низколегированных сталей используют проволоку Св-08, Св-08А и высокомарганцовистый,

высококремнистый флюс (35-40 % MnO и 40-45 % SiO2 – АН-348-А, АН-60 –

ГОСТ 9087-81). Легирование кремнием и марганцем будет происходить за счет флюса.

Условные обозначения марок проволоки состоят из индекса Св (сварочная) и следующих за ним цифр и букв. Цифры, следующие за индексом Св, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Химические элементы, содержащиеся в металле проволок обозначаются большими русскими буквами (см. прил.). Цифры, следующие за буквенными обозначениями химических элементов, указывают среднее содержание элемента в процентах. Если элемента содержится около одного процента, цифры не ставятся. Буква А на конце условных обозначений проволоки указывает на повышенную чистоту металла по содержанию серы и фосфора. В проволоке марки Св-08АА сдвоенная буква А указывает на пониженное содержание серы и фосфора по сравнению с проволокой марки Св-08А (ГОСТ 2246-70). Например, Св-08Г2С – сварочная проволока с содержанием углерода примерно 0,08 %, марганца 2 % и кремния около 1 %.

Автоматическая сварка под флюсом применяется в основном в серийном и массовом производстве для выполнения протяженных (преимущественно более 0,5-1 м) прямолинейных и кольцевых швов на металле толщиной от 3 до 100 мм. Под флюсом сваривают углеродистые и легированные стали, медные, алюминиевые и титановые сплавы.

73

Автоматическая сварка широко применяется в строительстве, котлостроение, судостроение, производстве сварных труб, машиностроение. Она является одним из основных звеньев в поточных линиях по изготовлению металлоконструкций промышленных зданий и листовых конструкций.

7.4.Порядок выполнения работы

1.Изучить конструкцию сварочного трактора ТС-17М (АДФ-1002) с помощью макета и технической документации.

2.Установить сварочный трактор на сварочном столе в направлении сварки (наплавки) листов из стали 10ХСНД.

3.С помощью учебного мастера заправить электродную проволоку в токопроводящий мундштук и с помощью подающего механизма обеспечить соприкосновение торца проволоки со свариваемыми листами.

4.Назначить (см. табл. 7.1) основные параметры режима сварки, исходя из материала листов и их толщины.

5.В соответствии с выбранным режимом сварки установить необходимые сменные шестеренки в редукторе механизма подачи проволоки и передвижения тележки трактора.

6.При участии учебного мастера включить в сеть блок управления автоматом и запустить автомат в работу.

7.Зафиксировать параметры режима сварки с помощью контрольноизмерительных приборов.

8.Проварить сварной шов длиной 30-40 см и выключить автомат.

9.Удалить с поверхности металла шлаковую корку.

10.Рассчитать производительность наплавки Пр по выражению (7.1.)

11.Данные расчета занести в табл. 7.2.

Таблица 7.2 Параметры режима сварки и производительность наплавки

7.5.Содержание отчета

1.Название, цель работы.

2.Краткое теоретическое описание автоматической сварки под флюсом, схема процесса (рис. 7.1.).

4.Методика определения и анализ технико-экономических показателей процесса.

5.Результаты измерений параметров режима сварки и расчета производительности (табл. 7.2.).

6.Выводы.

75

Контрольные вопросы

1.В чем состоит сущность дуговой сварки под флюсом?

2.Какими преимуществами обладает сварка под флюсом по сравнению со сваркой открытой дугой?

3.Что называют сварочным автоматом?

4.Для чего служит флюс?

5.Какие бывают параметры режима дуговой сварки под флюсом?

6.Каковы рациональные области применения и преимущества автоматической сварки под флюсом в сравнении с ручной?

7.Как выбрать сварочный флюс и электродную проволоку для получения металла шва нужного состава?

8.Из каких основных узлов состоит сварочный трактор ТС-17М?

9.Как рассчитывается производительность наплавки при автоматической сварке под флюсом?

Литература

[1, c. 347-354], [28, c. 257-303]

76

Лабораторная работа № 8

МЕХАНИЗИРОВАННАЯ СВАРКА

8.1. Цель работы

Ознакомление с физическими основами, разновидностями методов и оборудованием для механизированной сварки; ознакомление с принципами выбора параметров режима механизированной сварки в углекислом газе; получение предварительных навыков работы на полуавтомате для сварки в углекислом газе; определение производительности наплавки и сравнение производительности процесса ручной и автоматической сварки.

8.2.Оборудование, приборы и материалы.

Сварочный полуавтомат ПДГ-515-4К, источник ВДУ-506У3; образцы листовой стали 10ХСНД толщиной 9-10 мм; сварочная проволока Св-08Г2С диаметром 1,2;1,6; 2 мм; баллон с углекислым газом.

8.3.Краткие теоретические сведения

Дуговая сварка плавящимся металлическим электродом (проволокой) в среде инертного или активного газа с непрерывной автоматической подачей электродной проволокой широко применяется в промышленности. Зона сварки защищается извне подаваемым газом. Единственное ручное управление, требуемое от сварщика при механизированной сварке, - позиционирование и перемещение с определенной скоростью сварочной горелки.

Основные элементы полуавтоматов (рис. 8.1.): источник питания дуги, совмещенный с блоками пускорегулирующей аппаратуры и управляющего устройства, кассета с присадочной проволокой, механизм подачи присадочной проволоки, баллон с защитным газом, редуктор снижения давления защитного газа, гибкие шланги с токоподводящими проводами и каналами для подачи присадочной проволоки и защитного газа к держателю. Конструктивные особенности, как самих полуавтоматов, так и их отдельных элементов зависят от специализации полуавтомата.

Наиболее ответственный элемент полуавтоматов – механизм подачи проволоки. Он обычно состоит из электродвигателя, редуктора и подающих роликов. Конструктивное оформление механизма подачи зависит от назначения автомата. В полуавтоматах тяжелого типа механизм подачи размещен на передвижной тележке и сосредоточен в массивном корпусе. В полуавтоматах легкого типа механизм подачи установлен в переносном футляре (ранце) или расположен непосредственно на корпусе держателя.

77

Рис. 8.1. Схема установки для механизированной сварки в защитных газах

В зависимости от характера защиты расплавленного металла и типа электродной проволоки применяются следующие разновидности механизированной сварки: под флюсом, в защитных газах и порошковой проволокой. Сущность процесса механизированной сварки под флюсом и принципы выбора параметров режима аналогичны изученным в лабораторной работе № 6.

8.3.1.Механизированная сварка в защитных газах

При дуговой сварке в защитных газах источником нагрева и плавления металла является электрическая дуга, возбуждаемая между электродом и свариваемым изделием, а защита расплавленного металла от воздействия воздушной атмосферы обеспечивается вдуванием в зону сварки защитного газа (рис. 8.2).

Для защиты применяют три группы газов: инертные (аргон, гелий), активные (углекислый газ, азот, водород и др.), смеси газов инертных, активных или первой и второй группы. Выбор защитного газа определяется химическим составом свариваемого металла, его толщины, требованиями, предъявляемыми к свойствам сварного соединения, экономичностью процесса и т.п. Активные защитные газы, предотвращая контакты расплавленного металла с кислородом и азотом воздуха, могут взаимодействовать с расплавленным металлом и изменять структуру и химический состав металла шва. Так, азот, кислород, водород растворяются в металле, изменяя его пластичность и вязкость. Поэтому, если требуется сохранить свойства металлов, в качестве защитных применяют инертные газы, доля влияния которых на процессы, происходящие в сварочной ванне, минимальна.

78

Рис. 8.2. Схема процесса механизированной сварки в защитных газах

Аргон – бесцветный негорючий неядовитый газ, который тяжелее воздуха и не образует с ним взрывчатых смесей. Он хорошо обеспечивает защиту сварочной ванны, не вступая в реакции.

Гелий – значительно легче воздуха, поэтому расход гелия при сварке увеличивается в 1,5-2 раза. По своим качествам не уступает аргону, а в некоторых случаях и превосходит его. Так, при одном и том же токе дуга в среде гелия выделяет в 1,5-2 раза больше энергии, чем в аргоне. Это позволяет повысить скорость сварки, но так как стоимость гелия выше, чем аргона, то применяется он реже.

Азот – активный газ без цвета, запаха и вкуса. Азот, соединяясь с металлами, образует нитриды, снижающие механические свойства. Его используют для сварки меди и ее сплавов, по отношению к которым азот является инертным газом.

Водород – горючий взрывоопасный газ, не имеющий запаха, цвета и вкуса. Он в 14,5 раз легче воздуха. Так как водород образует взрывоопасные смеси (особенно с кислородом), то его в чистом виде для сварки не применяют. Смесь аргона и водорода значительно улучшает процесс формирования шва, повышает чистоту его поверхности, увеличивают глубину проплавления. Такой смесью часто пользуются при сварке тонких металлов (толщиной до 1 мм).

Углекислый газ (двуокись углерода) – является активным защитным газом со слабым запахом и резко выраженными окислительными свойствами. Двуокись углерода не токсична и взрывоопасна.

Кислород – газ, активно поддерживающий горение и не имеющий цвета, запаха и вкуса. Смесь аргона и кислорода при сварке стали хорошо сказывается на металлургических процессах и технологических характеристиках.

Аргонодуговая сварка применяется для высоколегированных сталей и сплавов цветных металлов.

79

Сварку в углекислом газе выполняют плавящимся электродом на постоянном токе обратной полярности. При применении СО2 в качестве защитного газа необходимо учитывать металлургические особенности процесса, связанные с окислительным действием СО2. При высоких температурах, характерных для процесса дуговой сварки, идет диссоциация углекислого газа на окись углерода СО и атомарный кислород О, который, если не принять специальных мер, приводит к окислению свариваемого металла и легирующих элементов. Окислительное действие атомарного кислорода нейтрализуется введением в

проволоку дополнительного количества раскислителей: кремния и марганца. Применение различных газов и газовых смесей для сварки различных металлов приведено в табл. 8.1.

Основными параметрами режима сварки в углекислом газе являются:

диаметр сварочной проволоки, полярность и сила тока, напряжение дуги, скорость подачи проволоки, расход углекислого газа. Набор параметров режима сварки зависит от толщины свариваемого металла, катета угловых швов, формы и размеров подготовки (разделки) кромок, химического состава свариваемого металла, состояния поставки (горячекатаный, термоупрочненный металл). Типовые режимы приводятся в справочно–нормативной литературе. Для некото-

80